Nanostructured materials based on the bronze titanium dioxide for lithium batteries in large-sized engineering

Abstract

В последние годы, стремительными темпами развивается целый ряд направлений промышленности, таких как гибридный и электрический автотранспорт, подводная робототехника, сфера бесперебойного энергообеспечения, прибрежная возобновляемая энергетика, и т.п., требующих от автономных накопителей энергии работы в жёстких условиях эксплуатации. Это диктует необходимость решения ряда задач, связанных с получением для них функциональных материалов с достаточно высокими удельными характеристиками, способностью стабильно и безопасно функционировать в широком температурном диапазоне и в условиях ускоренного заряда. В этой связи все больше внимания исследователями уделяется диоксиду титана. В рамках настоящего исследования получены наноленты диоксида титана со структурой бронз гидротермальным способом с использованием анатаза, состоящего из частиц различного размера. Обнаружено, что степень кристалличности и текстурные характеристики формирующегося TiO2-B определяются размером частиц и площадью поверхности стартового реагента. В свою очередь оба эти фактора оказывают значительное влияние на электрохимические характеристики бронзовой модификации TiO2: после 35 циклов заряда/разряда емкость составила 203 мА∙ч/г, а скорость деградации – 0,25% за цикл для материала, синтезированного из анатаза с размером частиц ~30 нм и площадью поверхности ~100 м2/г. В то же время образцы, полученные с использованием более крупных частиц, показывают худшие показатели емкости и циклируемости. Now, technology progress provides broad prerequisites for practical usage of batteries in the field of hybrid and electric vehicles, marine robotics, backup uninterruptible power supplies, coastal renewable energy sources, etc. with a more hard-working performance. This dictates the necessity of development an advanced electrode materials with a sufficiently high specific parameters, stability of operation and safely in a wide temperature range and under fast charge mode. In this way, a more attention has been paid to titanium dioxide. Herein, the titanium dioxide nanobelts with a bronze structure were obtained by the hydrothermal method using anatase with different particle size as a precursor. It was found that the degree of crystallinity and textural characteristics of as-formed TiO2-B are determined by the particle size and surface area of starting reagent. Both of these factors have a benefit effect on the electrochemical performance of TiO2-B: the capacity of 203 mA·h/g was registered after 35 charge/discharge cycles with a degradation of 0.25% per cycle for material synthesized from anatase with a particle size about ~30 nm (~100 m2/g). On the other hand, the samples prepared from a precursors with larger particles show the worst capacity and cyclability.